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JP6493447B2 - Hot metal temperature prediction method, hot metal temperature prediction device, blast furnace operation method, operation guidance device, hot metal temperature control method, and hot metal temperature control device - Google Patents
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Hot metal temperature prediction method, hot metal temperature prediction device, blast furnace operation method, operation guidance device, hot metal temperature control method, and hot metal temperature control device Download PDF

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Description

本発明は、溶銑温度予測方法、溶銑温度予測装置、高炉の操業方法、操業ガイダンス装置、溶銑温度制御方法、及び溶銑温度制御装置に関する。   The present invention relates to a hot metal temperature prediction method, a hot metal temperature prediction device, a blast furnace operation method, an operation guidance device, a hot metal temperature control method, and a hot metal temperature control device.

製鉄業における高炉プロセスにおいて、溶銑温度は重要な管理指標である。特に近年の高炉操業は、原燃料コストの合理化を追求すべく、低コークス比及び高微粉炭比の条件下で行われており、炉況が不安定化しやすい。このため、炉熱ばらつき低減のニーズが大きい。一方、高炉プロセスは、固体が充填された状態で操業を行うために、プロセス全体の熱容量が大きく、操作に対する応答の時定数が長いという特徴を有している。また、高炉の上部から装入された原料が高炉の下部に降下するまでには数時間オーダーの無駄時間が存在する。このため、炉熱制御のためには将来の炉熱予測に基づいた操作変数の操作量の適正化が必須となる。   In the blast furnace process in the steel industry, the hot metal temperature is an important management index. In particular, blast furnace operations in recent years are conducted under conditions of low coke ratio and high pulverized coal ratio in order to pursue rationalization of raw fuel costs, and the furnace conditions are likely to become unstable. For this reason, there is a great need for reducing furnace heat variation. On the other hand, since the blast furnace process is operated in a state of being filled with a solid, the heat capacity of the entire process is large and the time constant of response to the operation is long. Also, there is a dead time of several hours before the raw material charged from the upper part of the blast furnace descends to the lower part of the blast furnace. For this reason, for the furnace heat control, it is essential to optimize the manipulated variables of the manipulated variables based on the future furnace heat prediction.

このような背景から、物理モデルを用いたアプローチにより溶銑温度を予測する方法や過去データに基づいた統計的アプローチにより溶銑温度を予測する方法が提案されている。具体的には、特許文献1には、前者の方法として、現在の炉頂ガスの組成に合致するように物理モデルに含まれるガス還元速度パラメータを調整し、パラメータ調整後の物理モデルを用いて炉熱を予測する方法が記載されている。また、特許文献2には、後者の方法として、過去の操業条件の中から現在の操業条件に類似する操業条件を抽出し、抽出された過去の操業条件に基づいて溶銑温度を予測する方法が記載されている。さらに、特許文献3には、後者の方法として、過去データを用いて統計モデルを構築し、構築された統計モデルを用いて溶銑温度を予測する方法が記載されている。   From such a background, a method for predicting the hot metal temperature by an approach using a physical model and a method for predicting the hot metal temperature by a statistical approach based on past data have been proposed. Specifically, in Patent Document 1, as the former method, the gas reduction rate parameter included in the physical model is adjusted so as to match the current composition of the furnace top gas, and the physical model after parameter adjustment is used. A method for predicting furnace heat is described. Further, in Patent Document 2, as the latter method, a method of extracting operating conditions similar to the current operating conditions from past operating conditions and predicting the hot metal temperature based on the extracted past operating conditions. Have been described. Furthermore, Patent Document 3 describes a method of constructing a statistical model using past data and predicting the hot metal temperature using the constructed statistical model as the latter method.

特開平11−335710号公報JP-A-11-335710 特開2007−4728号公報JP 2007-4728 A 特開2008−144265号公報JP 2008-144265 A

しかしながら、特許文献1記載の方法は、パラメータを調整することによってガス利用率等の直近データの絶対値のみに対して物理モデルの計算値を合わせ込むという手法であり、溶銑温度の今後数時間の変化量の予測精度が向上したか否かについては言及していない。溶銑温度の制御のためには今後数時間後に溶銑温度がどの程度変化するかという変化量予測が必要である。このため、特許文献1記載の方法によれば、溶銑温度を精度よく制御することができない。   However, the method described in Patent Document 1 is a method of adjusting the calculated value of the physical model to only the absolute value of the most recent data such as the gas utilization rate by adjusting the parameters, and in the next few hours of the hot metal temperature. No mention is made as to whether the prediction accuracy of the amount of change has improved. In order to control the hot metal temperature, it is necessary to predict how much the hot metal temperature will change in the next few hours. For this reason, according to the method of patent document 1, hot metal temperature cannot be controlled accurately.

一方、特許文献2記載の方法では、溶銑温度の予測精度が担保されるのは類似した操業条件がある場合に限られ、未知の操業条件に対しては溶銑温度の予測精度低下の懸念がある。また、高炉の操業条件には、送風温度、コークス比、送風流量等の数多くの操作変数があり、いずれの操作変数に対しても溶銑温度の応答の時定数が長いため、過去データに依拠して溶銑温度を予測する場合には、操作変数の時系列データを考慮する必要がある。ところが、操作変数の時系列データの組み合わせ数は膨大になるため、必ずしも類似度の高い時系列データが存在するとは限らない。   On the other hand, in the method described in Patent Document 2, the prediction accuracy of the hot metal temperature is ensured only when there are similar operation conditions, and there is a concern that the prediction accuracy of the hot metal temperature may be lowered for unknown operation conditions. . In addition, the operating conditions of the blast furnace include many operating variables such as the blowing temperature, coke ratio, and blowing flow rate, and the time constant of the hot metal temperature response is long for all the operating variables. Therefore, when predicting the hot metal temperature, it is necessary to consider the time series data of the manipulated variables. However, since the number of combinations of time series data of manipulated variables becomes enormous, time series data with a high degree of similarity does not necessarily exist.

また、特許文献3記載の方法では、入力情報として、数時間前のソルロスカーボン量等の炉内反応結果情報が必要になることから、例えばコークス比を切り換えた直後等の操作結果が炉内反応結果にまだ現れていない状況では、溶銑温度の予測精度が低下する可能性がある。   Further, in the method described in Patent Document 3, since the reaction result information in the furnace such as the amount of solros carbon several hours ago is required as input information, for example, the operation result immediately after switching the coke ratio is in the furnace. In a situation that has not yet appeared in the reaction result, the prediction accuracy of the hot metal temperature may be lowered.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、過去に前例のない操業条件下においても、直近の炉内反応結果を用いることなく溶銑温度の将来の変化量を精度よく予測可能な溶銑温度予測方法及び溶銑温度予測装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、炉熱を精度よく制御可能な高炉の操業方法、操業ガイダンス装置、溶銑温度制御方法、及び溶銑温度制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to accurately measure the future amount of hot metal temperature without using the latest in-reactor reaction results even under unprecedented operating conditions. It is an object of the present invention to provide a hot metal temperature prediction method and a hot metal temperature prediction device that can be well predicted. Another object of the present invention is to provide a blast furnace operation method, an operation guidance device, a hot metal temperature control method, and a hot metal temperature control device capable of accurately controlling the furnace heat.

本発明に係る溶銑温度予測方法は、非定常状態における高炉内の状態を計算可能な物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する溶銑温度予測方法であって、還元材比とソルーションロスカーボン量との関係、還元材比とガス利用率との関係、及び還元材比と炉体ヒートロス量との関係のうちの少なくとも1つについて、前記物理モデルによって計算された値同士の感度と実操業データの実績値同士の感度とが合致するように、前記物理モデルにおけるガス還元速度又は炉体ヒートロス量と関係するパラメータを適正化し、パラメータが適正化された物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測するステップを含むことを特徴とする。   The hot metal temperature prediction method according to the present invention is a hot metal temperature prediction method for predicting the hot metal temperature in the blast furnace using a physical model capable of calculating the state in the blast furnace in an unsteady state, and the reducing material ratio and the amount of solution loss carbon And at least one of the relationship between the reducing material ratio and the gas utilization rate, and the relationship between the reducing material ratio and the furnace body heat loss amount, the sensitivity between the values calculated by the physical model and the actual operation data. The parameters related to the gas reduction rate or the furnace heat loss amount in the physical model are optimized so that the sensitivity of the actual values match, and the hot metal temperature in the blast furnace is predicted using the physical model with the optimized parameters Including the step of:

本発明に係る溶銑温度予測装置は、非定常状態における高炉内の状態を計算可能な物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する溶銑温度予測装置であって、還元材比とソルーションロスカーボン量との関係、還元材比とガス利用率との関係、及び還元材比と炉体ヒートロス量との関係のうちの少なくとも1つについて、前記物理モデルによって計算された値同士の感度と実操業データの実績値同士の感度とが合致するように、前記物理モデルにおけるガス還元速度又は炉体ヒートロス量と関係するパラメータを適正化し、パラメータが適正化された物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する手段を備えることを特徴とする。   The hot metal temperature predicting apparatus according to the present invention is a hot metal temperature predicting apparatus for predicting the hot metal temperature in the blast furnace using a physical model capable of calculating the state in the blast furnace in an unsteady state, and the reducing material ratio and the amount of solution loss carbon. And at least one of the relationship between the reducing material ratio and the gas utilization rate, and the relationship between the reducing material ratio and the furnace body heat loss amount, the sensitivity between the values calculated by the physical model and the actual operation data. The parameters related to the gas reduction rate or the furnace heat loss amount in the physical model are optimized so that the sensitivity of the actual values match, and the hot metal temperature in the blast furnace is predicted using the physical model with the optimized parameters It is characterized by providing the means to do.

本発明に係る高炉の操業方法は、本発明に係る溶銑温度予測方法を用いて予測された溶銑温度に従って高炉の操作変数を制御するステップを含むことを特徴とする。   A method for operating a blast furnace according to the present invention includes a step of controlling operating variables of the blast furnace according to a hot metal temperature predicted using the hot metal temperature prediction method according to the present invention.

本発明に係る操業ガイダンス装置は、本発明に係る溶銑温度予測装置によって計算された前記物理モデルの計算値同士の関係と実操業データの実績値同士の関係とを提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする。   The operation guidance apparatus according to the present invention provides the operation of the blast furnace by presenting the relationship between the calculated values of the physical model calculated by the hot metal temperature prediction apparatus according to the present invention and the relationship between the actual values of actual operation data. The present invention is characterized by comprising presentation means for supporting the above.

本発明に係る操業ガイダンス装置は、本発明に係る溶銑温度予測装置によってパラメータが適正化された物理モデルから算出される、炉内に形成される熱保存帯位置及び化学保存帯位置を含む温度分布及び還元率分布を提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする。   The operation guidance device according to the present invention is calculated from a physical model whose parameters are optimized by the hot metal temperature prediction device according to the present invention, and includes a temperature distribution including a heat storage zone position and a chemical storage zone position formed in the furnace. And presenting means for supporting the operation of the blast furnace by presenting the reduction rate distribution.

本発明に係る溶銑温度制御方法は、本発明に係る溶銑温度予測方法によって予測された溶銑温度に基づいて溶銑温度を制御する溶銑温度制御方法であって、前記パラメータが適正化された前記物理モデルを用いて、高炉の操作変数の現在の操作量を保持した場合の将来の溶銑温度を予測する予測ステップと、前記予測ステップにおいて予測された溶銑温度と目標溶銑温度との差を最小にするように送風湿分、微粉炭吹込み量、炉頂におけるコークス比、及び送風温度のうちの少なくとも1つを含む高炉の操作変数の適正操作量を決定し、決定した適正操作量に従って高炉の操作変数を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。   The hot metal temperature control method according to the present invention is a hot metal temperature control method for controlling the hot metal temperature based on the hot metal temperature predicted by the hot metal temperature prediction method according to the present invention, wherein the physical model in which the parameters are optimized is provided. To predict the future hot metal temperature when the current manipulated variable of the operating variable of the blast furnace is maintained, and to minimize the difference between the hot metal temperature predicted in the prediction step and the target hot metal temperature Determine the appropriate operating amount of the operating variable of the blast furnace including at least one of the blast moisture, the amount of pulverized coal injection, the coke ratio at the top of the furnace, and the air temperature, and the operating variable of the blast furnace according to the determined appropriate operating amount And a control step for controlling.

本発明に係る溶銑温度制御装置は、本発明に係る溶銑温度予測装置によって予測された溶銑温度に基づいて溶銑温度を制御する溶銑温度制御装置であって、前記パラメータが適正化された前記物理モデルを用いて、高炉の操作変数の現在の操作量を保持した場合の将来の溶銑温度を予測する予測手段と、前記予測手段によって予測された溶銑温度と目標溶銑温度との差を最小にするように送風湿分、微粉炭吹込み量、炉頂におけるコークス比、及び送風温度のうちの少なくとも1つを含む高炉の操作変数の適正操作量を決定し、決定した適正操作量に従って高炉の操作変数を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   The hot metal temperature control device according to the present invention is a hot metal temperature control device that controls the hot metal temperature based on the hot metal temperature predicted by the hot metal temperature prediction device according to the present invention, wherein the physical model in which the parameters are optimized is provided. To predict the future hot metal temperature when the current manipulated variable of the operating variable of the blast furnace is maintained, and to minimize the difference between the hot metal temperature predicted by the predicting means and the target hot metal temperature Determine the appropriate operating amount of the operating variable of the blast furnace including at least one of the blast moisture, the amount of pulverized coal injection, the coke ratio at the top of the furnace, and the air temperature, and the operating variable of the blast furnace according to the determined appropriate operating amount And a control means for controlling.

本発明に係る操業ガイダンス装置は、本発明に係る溶銑温度制御装置が備える予測手段によって予測された将来の溶銑温度の変化量と実操業データにおける溶銑温度の変化量とを提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする。   The operation guidance device according to the present invention provides a blast furnace by presenting the amount of change in the hot metal temperature predicted by the prediction means provided in the hot metal temperature control device according to the present invention and the amount of change in the hot metal temperature in the actual operation data. It is provided with a presentation means for supporting the operation.

本発明に係る操業ガイダンス装置は、本発明に係る溶銑温度制御装置が備える予測手段によって予測された将来の溶銑温度の推移と前記適正操作量に従って高炉の操作変数を制御した場合に予測される溶銑温度の推移とを提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする。   The operation guidance apparatus according to the present invention is a hot metal predicted when the operating variable of the blast furnace is controlled according to the transition of the future hot metal temperature predicted by the prediction means provided in the hot metal temperature control apparatus according to the present invention and the proper operation amount. It is characterized by providing a presentation means for supporting the operation of the blast furnace by presenting the temperature transition.

本発明に係る溶銑温度予測方法及び溶銑温度予測装置によれば、過去に前例のない操業条件下においても、直近の炉内反応結果を用いることなく溶銑温度の将来の変化量を精度よく予測できる。また、本発明に係る高炉の操業方法、操業ガイダンス装置、溶銑温度制御方法、及び溶銑温度制御装置によれば、炉熱を精度よく制御することができる。   According to the hot metal temperature prediction method and the hot metal temperature prediction apparatus according to the present invention, it is possible to accurately predict the future amount of change of the hot metal temperature without using the latest in-reactor reaction results even under unprecedented operating conditions. . Moreover, according to the operation method of the blast furnace, the operation guidance device, the hot metal temperature control method, and the hot metal temperature control device according to the present invention, the furnace heat can be accurately controlled.

図1は、本発明において用いる物理モデルの入力変数及び出力変数を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing input variables and output variables of a physical model used in the present invention. 図2は、Ristモデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a Rist model. 図3は、RARとηCOとの関係、RARとソルロスカーボン量との関係、及びRARと炉体ヒートロス量との関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between RAR and ηCO, the relationship between RAR and the amount of solros carbon, and the relationship between RAR and the amount of furnace heat loss. 図4は、パラメータ適正化前に物理モデルを用いて図3に示す関係を計算した結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a result of calculating the relationship illustrated in FIG. 3 using a physical model before parameter optimization. 図5は、実操業及び物理モデルのRistモデルを示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the Rist model of the actual operation and physical model. 図6は、パラメータ適正化前後の固体温度とガス組成分率との関係を示す図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the solid temperature before and after parameter optimization and the gas composition fraction. 図7は、パラメータ適正化後に物理モデルを用いて図3に示す関係を計算した結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a result of calculating the relationship illustrated in FIG. 3 using a physical model after parameter optimization. 図8は、パラメータ適正化された物理モデルによって計算された炉内の温度、鉱石酸化度、及びガス利用率の炉内高さ方向の分布を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the distribution in the furnace height direction of the temperature in the furnace, the ore oxidation degree, and the gas utilization rate calculated by the physical model with optimized parameters. 図9は、操作変数の操作量の推移を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the transition of the manipulated variable of the manipulated variable. 図10は、物理モデルの出力変数の将来予測を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the future prediction of the output variable of the physical model. 図11は、パラメータ適正化前後における溶銑温度変化量の予測値と実測値との相関を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the correlation between the predicted value of the hot metal temperature change amount before and after parameter optimization and the actual measurement value. 図12は、送風湿分の操作に伴う溶銑温度の変化を示す図及び送風湿分の単位操作量当りの溶銑温度に対する影響度を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a change in the hot metal temperature accompanying the operation of the blast moisture, and a diagram showing the degree of influence on the hot metal temperature per unit operation amount of the blast moisture. 図13は、送風湿分の適正操作量及び送風湿分操作時の溶銑温度の予測推移を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a predicted transition of the proper operation amount of the blast moisture and the hot metal temperature during the blast moisture operation. 図14は、ガイダンス操作量と実際のオペレータによる操作量との比較結果とガイダンス順守及び非順守それぞれの場合における溶銑温度のヒストグラムとを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a comparison result between the guidance operation amount and the operation amount by the actual operator, and a histogram of the hot metal temperature in each case of compliance with guidance and non-observance.

以下、図面を参照して、本発明に係る溶銑温度予測方法、溶銑温度予測装置、高炉の操業方法、操業ガイダンス装置、溶銑温度制御方法、及び溶銑温度制御装置について説明する。   Hereinafter, a hot metal temperature prediction method, a hot metal temperature prediction device, a blast furnace operation method, an operation guidance device, a hot metal temperature control method, and a hot metal temperature control device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔物理モデルの構成〕
まず、本発明において用いる物理モデルについて説明する。
[Configuration of physical model]
First, a physical model used in the present invention will be described.

本発明において用いる物理モデルは、参考文献1(羽田野道春ら:“高炉非定常モデルによる火入れ操業の検討”,鉄と鋼,vol.68,p.2369)記載の方法と同様、鉱石の還元、鉱石とコークスとの間の熱交換、及び鉱石の融解等の物理現象を考慮した偏微分方程式群から構成された、非定常状態における炉内状態を計算可能な物理モデルである。   The physical model used in the present invention is the reduction of ore as in Reference 1 (Haneda Michiharu et al .: “Investigation of Fire Operation by Blast Furnace Unsteady Model”, Iron and Steel, vol.68, p.2369). It is a physical model that can calculate the in-furnace state in an unsteady state, which is composed of partial differential equations that take into account physical phenomena such as heat exchange between ore and coke and melting of ore.

図1に示すように、この物理モデルに対して与える境界条件の中で時間変化する主なもの(入力変数,高炉の操作変数(操業因子ともいう))は、炉頂におけるコークス比(溶銑生成量1トンに対して使用されるコークス重量)、送風流量(高炉に送風される空気の流量)、富化酸素流量(高炉に吹き込まれる富化酸素の流量)、送風温度(高炉に送風される空気の温度)、微粉炭吹込み量(溶銑生成量1トンに対して使用される微粉炭の重量,PCI)、及び送風湿分(高炉に送風された空気の湿度)である。   As shown in Fig. 1, the main ones that change with time in the boundary conditions given to this physical model (input variables, blast furnace operating variables (also called operating factors)) are the coke ratio at the top of the furnace (hot metal production). Coke weight used for 1 ton), air flow rate (flow rate of air blown into the blast furnace), enriched oxygen flow rate (flow rate of enriched oxygen blown into the blast furnace), air blowing temperature (air blown into the blast furnace) Air temperature), pulverized coal injection amount (weight of pulverized coal used per 1 ton of hot metal production, PCI), and blowing moisture (humidity of air blown into the blast furnace).

また、この物理モデルの主な出力変数は、炉内におけるガス利用率(CO/(CO+CO),ηCO)、原料及びガス温度、ソルーションロスカーボン量(ソルロスカーボン量)、造銑速度(溶銑生成速度)、溶銑温度、炉体ヒートロス量(冷却水により炉体を冷却した際に冷却水が奪う熱量)、及び還元材比(溶銑1トンあたりの微粉炭吹込み量とコークス比との和,RAR)である。 Also, the main output variables of this physical model are the gas utilization rate in the furnace (CO 2 / (CO + CO 2 ), ηCO), the raw material and gas temperature, the amount of solution loss carbon (the amount of solution loss carbon), the ironmaking speed ( Hot metal production rate), hot metal temperature, furnace heat loss amount (heat amount taken by cooling water when the furnace body is cooled by cooling water), and reducing material ratio (pulverized coal injection amount per ton of hot metal and coke ratio) Sum, RAR).

非定常状態における炉内状態を計算する際のタイムステップは任意であるが、本発明ではタイムステップを30分とした。但し、タイムステップは目的に応じて可変であり、本実施例の値に限定されることはない。この物理モデルを用いることによって、時々刻々変化する炉内状態及び溶銑温度を計算することができる。以下では、タイムステップkにおける溶銑温度の計算値及び実測値をそれぞれCal_HMT(k)及びAct_HMT(k)と示す。   Although the time step for calculating the in-furnace state in the unsteady state is arbitrary, in the present invention, the time step is set to 30 minutes. However, the time step is variable according to the purpose, and is not limited to the value of this embodiment. By using this physical model, it is possible to calculate the in-furnace state and the hot metal temperature which change from moment to moment. In the following, the calculated value and the actual measurement value of the hot metal temperature at time step k are indicated as Cal_HMT (k) and Act_HMT (k), respectively.

〔Ristモデルについて〕
次に、物理モデルのパラメータを適正化する上で重要な考え方である、熱バランス物質収支モデル(Ristモデル)の概略について説明する。
[About the Rist model]
Next, an outline of a heat balance material balance model (Rist model), which is an important concept in optimizing the parameters of the physical model, will be described.

図2に示すように、Ristモデルとは、高炉内におけるRAR、ソルロスカーボン量(ソルロス)、ηCO、酸素原単位、造銑速度、炉体ヒートロス量(ヒートロス)、溶銑/スラグ顕熱、及び送風顕熱の関係を示すモデルであり、詳しくは参考文献2(小野陽一:“Rist操業線図(I),鉄と鋼,79(1993),N618)に記載されている。このRistモデルによれば、送風温度一定の下で微粉炭吹込み量を増量する等してRARを上げれば、溶銑温度や炉体ヒートロス量が上昇することがわかる。また、ガス偏流等によって炉体ヒートロス量が増加した場合であっても、それに引っ張られるようにRARが上昇することがわかる。このように物質バランスと熱バランスとは相互に影響を及ぼすため、原因結果の因果関係は一義的には定まらない。なお、図2中のシャフト効率とは、高炉における間接還元の理論限界(FeOの還元の際のCO/CO比率の制約)からの解離度を示すものであり、ηCOとソルロスカーボン量から一意に求められる指数である。 As shown in FIG. 2, the Rist model is RAR in the blast furnace, the amount of solros carbon (sol loss), ηCO, oxygen intensity, ironmaking speed, furnace heat loss amount (heat loss), hot metal / slag sensible heat, and This model shows the relationship between the sensible heat and is described in detail in Reference Document 2 (Yoichi Ono: “Rist Operation Diagram (I), Iron and Steel, 79 (1993), N618). According to this, it can be seen that if the RAR is increased by increasing the amount of pulverized coal injection under a constant blowing temperature, the hot metal temperature and the furnace heat loss amount will increase. Even if it increases, it can be seen that the RAR rises as it is pulled in. Thus, since the substance balance and the heat balance affect each other, the causal relationship between the cause and effect is not uniquely determined. There. Note that the shaft efficiency in FIG. 2, which shows the degree of dissociation of the theoretical limit of indirect reduction (CO / CO 2 ratio of the constraints on the reduction of the FeO) in the blast furnace, ItaCO and Sol Los carbon This is an index that is uniquely determined from the quantity.

ここで、Ristモデルにおける重要な概念として、P点回りとW点回りという考え方について触れておく。Ristモデルの操業線L1は傾きと切片との2自由度があるため、操業線L1の傾きであるRARが決まっても1自由度が残る。つまり、RAR変化時にどこを回転中心とするかはその時々の炉内状態によって変化する。その極端な例として、P点回りとW点回りという場合がある。   Here, the concept of around the P point and around the W point is mentioned as an important concept in the Rist model. Since the operation line L1 of the Rist model has two degrees of freedom of inclination and intercept, one degree of freedom remains even if the RAR that is the inclination of the operation line L1 is determined. That is, where the rotation center is set when the RAR changes is changed depending on the state in the furnace at that time. As extreme examples, there are cases around the P point and around the W point.

P点回りとは、図中のP点を回転中心として操業線L1が回転する場合であり、RARが大きくなると、操業線L1と線分AWとの交点Bが点A側に移動するためシャフト効率が大幅に減少するのに対して、炉下部から排出される顕熱は変わらない。つまり、RAR増大による鉄単位量あたりの潜熱の増加量はW点排出ガスの顕熱増加(COガス分率増加)とソルロスカーボン量の増加とによる吸熱に利用される。   Around the point P is when the operating line L1 rotates around the point P in the figure, and when the RAR increases, the intersection B of the operating line L1 and the line segment AW moves to the point A side, so that the shaft While the efficiency is greatly reduced, the sensible heat exhausted from the lower part of the furnace does not change. That is, the amount of increase in latent heat per unit amount of iron due to the increase in RAR is used for endotherm due to an increase in sensible heat (increase in CO gas fraction) of the W point exhaust gas and an increase in the amount of Sollos carbon.

これに対して、W点回りとは、W点を回転中心としてシャフト効率が一定のまま操業線L1が回転することを意味し、RARを増やせば炉下部の顕熱が大幅に増大する。W点におけるガス組成(W点排出ガスカロリー)が固定されているため、RAR増加による鉄単位量あたりの潜熱は炉下部で顕熱として利用される。以上の考え方を念頭におき物理モデルのパラメータを適正化する。   On the other hand, “around the W point” means that the operating line L1 rotates with the shaft efficiency being constant with the W point as the center of rotation, and if the RAR is increased, the sensible heat at the lower part of the furnace is significantly increased. Since the gas composition at the W point (W point exhaust gas calorie) is fixed, the latent heat per unit amount of iron due to the increase in RAR is used as sensible heat at the bottom of the furnace. With the above concept in mind, the parameters of the physical model are optimized.

ある高炉の実操業データにおけるRARとηCOとの関係、RARとソルロスカーボン量との関係、及びRARと炉体ヒートロス量との関係を図3(a)〜(c)に示す。また、同じ期間における操業データを用いて、参考文献1記載の理論式に基づいた物理モデルにより図3(a)〜(c)に示す関係を計算した結果を図4(a)〜(c)に示す。   3A to 3C show the relationship between RAR and ηCO in the actual operation data of a certain blast furnace, the relationship between RAR and the amount of solros carbon, and the relationship between RAR and the amount of heat loss of the furnace body. Moreover, the result of having calculated the relationship shown in FIG. 3 (a)-(c) by the physical model based on the theoretical formula of the reference document 1 using the operation data in the same period is shown in FIG. 4 (a)-(c). Shown in

図3(b)に示すように、実操業では、RARとソルロスカーボン量との間には傾きが負の相関があることから、操業線L1はW点回りよりとなっている。これに対して、図4(b)に示すように、物理モデル上では、RARとソルロスカーボン量との間には傾きが正の相関があることから、物理モデル上では操業線L1はP点回りよりとなっている。このような差異はRARとηCOとの間にも現れている。なお、RARとηCOとの間の相関の傾きにおいて、実操業における傾きが物理モデルにおける傾きより緩やかな理由は操業線の回転中心がより上方に位置するためである。   As shown in FIG. 3 (b), in the actual operation, since the slope has a negative correlation between the RAR and the amount of solros carbon, the operation line L1 is around the W point. On the other hand, as shown in FIG. 4B, since the slope has a positive correlation between the RAR and the amount of solros carbon on the physical model, the operating line L1 is P on the physical model. It ’s better than around the dot. Such a difference also appears between RAR and ηCO. In the slope of the correlation between RAR and ηCO, the reason why the slope in actual operation is gentler than the slope in the physical model is that the rotation center of the operation line is located higher.

これにより、実操業のRistモデルは図5(a)に示すように表され、物理モデルのRistモデルは図5(b)に示すように表される。すなわち、図5(a)に示すように、実操業では、W点回りよりとなることによって、操業線L1は点Bを回転中心として回転することによって操業線L1’となる。結果、RARが増加すると共に、ソルロスカーボン量は減少する。これに対して、物理モデル上では、図5(b)に示すように、P点回りよりとなることによって、操業線L1は点P(点P’)を回転中心として回転することによって操業線L1’となる。結果、RARが増加すると共にソルロスカーボン量が増加する。   As a result, the Rist model of actual operation is represented as shown in FIG. 5A, and the Rist model of the physical model is represented as shown in FIG. 5B. That is, as shown in FIG. 5A, in the actual operation, the operation line L1 becomes the operation line L1 'by rotating around the point B as being around the W point. As a result, the RAR increases and the amount of solros carbon decreases. On the other hand, on the physical model, as shown in FIG. 5B, the operation line L1 rotates around the point P (point P ′) by rotating around the point P, thereby operating the operation line L1. L1 ′. As a result, RAR increases and the amount of solros carbon increases.

〔パラメータの適正化方法〕
次に、物理モデルのパラメータの適正化方法について説明する。
[Parameter optimization method]
Next, a method for optimizing the parameters of the physical model will be described.

一般に、高炉の内部には熱保存帯と呼ばれる900〜1000℃程度の昇温が停滞する領域が存在し、さらに熱保存帯の内側には鉱石還元が停滞する化学保存帯が存在する。そして、ガス組成分率(CO/(CO+CO))は、この領域においてFe−FeOの還元平衡のラインに到達すると考えられる。ところが、パラメータを適正化する前の物理モデルでは、図6に破線で示すように、ガス組成がFe−FeOの還元平衡のライン(CO/CO平衡ライン)に到達することなく炉頂に抜けている。これは、RARの変動によってW点におけるガス組成が大きく変動することを意味し、物理モデルがP点回りよりとなっていることの原因といえる。 In general, there is a region where the temperature rise of about 900 to 1000 ° C. called a heat preservation zone is stagnant inside the blast furnace, and there is a chemical preservation zone where ore reduction is stagnant inside the heat preservation zone. The gas composition fraction (CO / (CO + CO 2 )) is considered to reach the Fe—FeO reduction equilibrium line in this region. However, in the physical model before optimizing the parameters, the gas composition does not reach the top of the furnace without reaching the Fe—FeO reduction equilibrium line (CO / CO 2 equilibrium line) as shown by the broken line in FIG. ing. This means that the gas composition at the W point greatly fluctuates due to the fluctuation of the RAR, and it can be said that the physical model is around the P point.

本来、ガス組成分率は、図6に実線で示すように、上述した温度域においてFe−FeOの還元平衡のラインに到達すべきである。この温度域におけるガス組成は、ガス還元反応(FeO+CO=Fe+CO)によるCO消費反応とカーボンガス化反応(C+CO=2CO)によるCO生成反応とのバランスによって決まる。従って、上述した温度域においてガス組成分率をFe−FeOの還元平衡のラインに到達させるためには、ガス還元速度を速め(例えば2倍の速度)、カーボンガス化反応速度を遅くする(例えば1/5の速度)ことが有効である。本実施例では、RAR及びソルロスカーボン量の計算値同士の感度(相関の傾き)が、実操業データにおけるRAR及びソルロスカーボン量の実績値同士の感度と合致するように物理モデル上のパラメータを修正した。 Originally, the gas composition fraction should reach the Fe-FeO reduction equilibrium line in the temperature range described above, as shown by the solid line in FIG. The gas composition in this temperature range is determined by the balance between the CO consumption reaction by the gas reduction reaction (FeO + CO = Fe + CO 2 ) and the CO production reaction by the carbon gasification reaction (C + CO 2 = 2CO). Therefore, in order to make the gas composition fraction reach the Fe—FeO reduction equilibrium line in the temperature range described above, the gas reduction rate is increased (for example, twice the rate) and the carbon gasification reaction rate is decreased (for example, (1/5 speed) is effective. In this example, the parameters on the physical model are set so that the sensitivity (slope of correlation) between the calculated values of the RAR and the solros carbon amount matches the sensitivity between the actual values of the RAR and the solros carbon amount in the actual operation data. Was fixed.

また、W点回りよりになるということは、P点回りよりと比較して、RARの単位量変化時の炉下部顕熱(炉体ヒートロス量+溶銑温度)の変化量が大きくなるということである。溶銑温度と炉体ヒートロス量とは、熱量としては同等であり、RAR増加させれば炉体ヒートロス量も当然増加する。つまり、RARの増加に伴い発生する熱を炉体ヒートロス量と溶銑温度とで奪い合った結果、溶銑温度が決まる。よって、本発明では、RARと炉体ヒートロス量の関係も物理モデルに反映させた上で溶銑温度を予測する。   In addition, the fact that it is around the W point means that the amount of change in the sensible heat of the lower part of the furnace (the amount of heat loss of the furnace body + hot metal temperature) when the unit amount of RAR changes is larger than that around the P point. is there. The hot metal temperature and the amount of heat loss of the furnace body are the same as the amount of heat, and if the RAR is increased, the amount of heat loss of the furnace body naturally increases. That is, the hot metal temperature is determined as a result of competing for the heat generated with the increase in RAR between the furnace heat loss amount and the hot metal temperature. Therefore, in the present invention, the hot metal temperature is predicted after the relationship between the RAR and the furnace heat loss amount is also reflected in the physical model.

具体的には、本発明では、RARと炉体ヒートロス量との関係を再現するように炉体ヒートロス量を物理モデル上で与える。本実施形態では、炉体ヒートロス量の値を理論式から求められる値の5倍の大きさとした。なお、この値は、RAR及び炉体ヒートロス量の計算値同士の感度が、実操業データにおけるRAR及び炉体ヒートロスの実績値同士の感度と合致するように求めた。以上のようにしてパラメータを適正化した結果を図7(a)〜(c)に示す。図4(a)〜(c)に示したパラメータ適正化前と比較して、図3(a)〜(c)に示した実操業の傾向に近づいていることがわかる。このように、例えばRARとソルロスカーボン量との関係を実際値及び計算値の両ケースについてリアルタイムで提示することにより、操業者は物理モデルの精度を把握することができる。よって、以下で示す溶銑温度ばらつき低減のための操業ガイダンスの信頼性を判断する際の一つの指標となりうる。   Specifically, in the present invention, the furnace body heat loss amount is given on the physical model so as to reproduce the relationship between the RAR and the furnace body heat loss amount. In this embodiment, the value of the furnace body heat loss amount is set to five times the value obtained from the theoretical formula. In addition, this value was calculated | required so that the sensitivity of the calculated values of RAR and the furnace body heat loss amount might correspond with the sensitivity of the actual values of RAR and furnace body heat loss in actual operation data. The result of optimizing the parameters as described above is shown in FIGS. It can be seen that the tendency toward the actual operation shown in FIGS. 3A to 3C is approached compared to before the parameter optimization shown in FIGS. 4A to 4C. Thus, for example, the operator can grasp the accuracy of the physical model by presenting the relationship between the RAR and the amount of solros carbon in real time for both the actual value and the calculated value. Therefore, it can be an index for judging the reliability of operation guidance for reducing hot metal temperature variation shown below.

なお、本実施例では、RARとソルロスカーボン量との関係及びRARと炉体ヒートロス量との関係について、物理モデルによる計算値同士の感度と実操業データの実績値同士の感度とが合致するように、物理モデルにおけるガス還元速度又は炉体ヒートロス量と関係するパラメータを適正化したが、本発明は本実施例に限定されることはなく、RARとソルーションロスカーボン量との関係、RARとガス利用率との関係、及びRARと炉体ヒートロス量との関係のうちの少なくとも1つについて、物理モデルによって計算された値同士の感度と実操業データの実績値同士の感度とが合致するように、物理モデルにおけるガス還元速度又は炉体ヒートロス量と関係するパラメータを適正化すればよい。   In the present embodiment, the sensitivity between the calculated values based on the physical model and the sensitivity between the actual values of the actual operation data are matched with respect to the relationship between the RAR and the amount of solros carbon and the relationship between the RAR and the amount of heat loss of the furnace body. As described above, the parameters related to the gas reduction rate or the furnace heat loss amount in the physical model were optimized, but the present invention is not limited to this example, and the relationship between the RAR and the amount of solution loss carbon, RAR and As for at least one of the relationship between the gas utilization rate and the relationship between the RAR and the furnace heat loss amount, the sensitivity between the values calculated by the physical model and the sensitivity between the actual values of the actual operation data are matched. In addition, the parameters related to the gas reduction rate or the furnace heat loss amount in the physical model may be optimized.

本発明によりパラメータ適正化された物理モデルによって計算された炉内の温度、鉱石酸化度、及びガス利用率の炉内高さ方向の分布を図8(a)〜(c)に示す。縦軸の高さ位置の原点は羽口高さである。ガス利用率とは炉内で発生したCOガスが鉱石の還元に利用され、COガスに転化した割合を示す。図8(a)に示すように、鉱石は炉頂において常温で装入され、炉内を降下するに従ってガスとの熱交換により温度が上昇する。図8(a)の2m以下の領域においてガスと鉄の温度差が開いているが、これは鉱石が溶解し溶銑となり、熱交換が生じるガス・鉄相間の界面積が小さくなったためである。また、図8(b)に示すように、炉頂で装入された未還元鉱石(FeO1.5)は炉内を降下する過程でCOガス及びHガスによって還元されるため、鉱石の酸化度が炉下部ほど低下している。また、図8(c)に示すように、ガス利用率は羽口高さではゼロであり、ガスが炉内を上昇する過程で鉱石還元により上昇する。 FIG. 8A to FIG. 8C show distributions in the furnace height direction of the furnace temperature, the ore oxidation degree, and the gas utilization rate calculated by the physical model whose parameters are optimized according to the present invention. The origin of the vertical position of the vertical axis is the tuyere height. The gas utilization rate indicates the rate at which CO gas generated in the furnace is used for ore reduction and converted to CO 2 gas. As shown in FIG. 8 (a), ore is charged at room temperature at the top of the furnace, and the temperature rises due to heat exchange with the gas as it descends the furnace. The temperature difference between the gas and iron is wide in the region of 2 m or less in FIG. 8 (a). This is because the ore melts and becomes hot metal, and the interface area between the gas and iron phase where heat exchange occurs is reduced. Further, as shown in FIG. 8B, the unreduced ore (FeO1.5) charged at the top of the furnace is reduced by CO gas and H 2 gas in the process of descending the furnace, so that the oxidation of the ore The degree is lower at the bottom of the furnace. In addition, as shown in FIG. 8C, the gas utilization rate is zero at the tuyere height, and rises by ore reduction in the process in which the gas rises in the furnace.

既に述べた通り、高炉内部には熱保存帯及び化学保存帯の存在が確認されている。この領域においてガス利用率はFe−FeOの還元平衡に到達する。本物理モデルにおいても高さ位置8〜12mにかけてこのような領域を再現できている。これは、図6に実線で示した通り、Fe−FeOの平衡ラインにCO/CO比が到達するようにモデルを調整した結果得られたものである。熱保存帯及び化学保存帯の位置は炉内の熱レベルに応じて上下動することが知られており、このような炉内状態をオペレータに提示することにより、日々の操業アクションの参考となることが期待される。例えば未還元鉱石が炉下部に流入した場合、炉熱低下につながるため、溶銑温度の低下が生じる前に炉熱上昇アクションを講じることが可能となる。 As already stated, the existence of a heat preservation zone and a chemical preservation zone has been confirmed inside the blast furnace. In this region, the gas utilization rate reaches the Fe—FeO reduction equilibrium. In this physical model, such a region can be reproduced from a height position of 8 to 12 m. This is obtained as a result of adjusting the model so that the CO / CO 2 ratio reaches the Fe—FeO equilibrium line, as indicated by the solid line in FIG. It is known that the position of the heat preservation zone and the chemical preservation zone moves up and down according to the heat level in the furnace. By presenting such an in-furnace state to the operator, it becomes a reference for daily operation actions. It is expected. For example, when unreduced ore flows into the lower part of the furnace, it leads to a decrease in furnace heat, so that it is possible to take an action to increase the furnace heat before the hot metal temperature decreases.

次に、炉熱ばらつき低減のための適正操作量の決定方法について述べる。高炉プロセスの熱容量は大きいため、高炉の操作変数の操作量の変更に対する応答の時定数は12時間程度と非常に長い。よって、炉熱ばらつきの低減のためには将来の炉内状態予測に基づいた制御が有効である。そこで、本発明では、物理モデルによる将来予測に基づいた物理モデル予測制御系を構築した。具体的には、高炉の操作変数の現在の操作量を保持することを仮定した将来の溶銑温度の予測計算、操作量のステップ応答の計算、及び操作量最適化の3ステップで物理モデル予測制御系を構築した。   Next, a method for determining an appropriate operation amount for reducing the furnace heat variation will be described. Since the heat capacity of the blast furnace process is large, the time constant of the response to changes in the manipulated variables of the blast furnace operating variables is as long as about 12 hours. Therefore, control based on prediction of future in-furnace conditions is effective for reducing furnace heat variation. Therefore, in the present invention, a physical model predictive control system based on the future prediction based on the physical model is constructed. Specifically, physical model predictive control is performed in three steps: prediction calculation of future hot metal temperature assuming that the current operation amount of the operation variables of the blast furnace is maintained, calculation of step response of operation amount, and operation amount optimization. A system was constructed.

まず、将来の溶銑温度の予測計算について述べる。高炉の操作変数の現在の操作量が将来も一定に保持されたと仮定し、物理モデルを繰返し計算することにより将来の溶銑温度の予測計算を行う。図9(a)〜(d)に操作変数の操作量の将来予測、図10(a)〜(d)に溶銑温度を含む物理モデルの出力変数の将来予測を示す。時刻の原点はガイダンス時点、つまり予測を行うタイミングである。図9(a)〜(d)及び図10(a)〜(d)において、実線は計算値を示し、破線は実測値を示す。ガイダンス時点では得られない、将来区間における実測値も図中に破線で示す。図10(a)〜(d)に示すように、予測計算には将来区間における操作量を反映させていないのにも関わらず、溶銑温度の計算値は実測値と相応に合致している。これにより、高炉プロセスの熱容量が大きいため、将来10時間先までの溶銑温度推移は過去の操作量の蓄積により大きく影響されるといえる。以下、ここで求めた時刻tにおける溶銑温度の計算値を自由応答HMTfree(t)と定義する。 First, the prediction calculation of the hot metal temperature in the future is described. Assuming that the current operating quantity of the operating variables of the blast furnace is kept constant in the future, predictive calculation of the future hot metal temperature is performed by repeatedly calculating the physical model. FIGS. 9A to 9D show the future prediction of the manipulated variable of the manipulated variable, and FIGS. 10A to 10D show the future prediction of the output variable of the physical model including the hot metal temperature. The origin of the time is the guidance time point, that is, the timing for making a prediction. 9A to 9D and FIGS. 10A to 10D, the solid line indicates the calculated value, and the broken line indicates the actual measurement value. Actual measured values in the future section that cannot be obtained at the time of guidance are also indicated by broken lines in the figure. As shown in FIGS. 10A to 10D, although the predicted calculation does not reflect the manipulated variable in the future section, the calculated value of the hot metal temperature matches the measured value correspondingly. Thereby, since the heat capacity of the blast furnace process is large, it can be said that the hot metal temperature transition up to 10 hours in the future is greatly influenced by the accumulation of the past manipulated variables. Hereinafter, the calculated value of the hot metal temperature at time t obtained here is defined as free response HMT free (t).

次に、パラメータ適正化前後における溶銑温度の変化量の予測精度について述べる。8時間後における溶銑温度変化量の予測値と実績値との相関をとった結果を図11(a),(b)に示す。図11(a),(b)に示すように、パラメータ適正化前後で溶銑温度変化量の実測値と計算値との相関関係が改善され、溶銑温度の変化量の予測精度が向上していることが確認された。従って、本発明によれば、過去に前例のない操業条件下においても、直近の炉内反応結果を用いることなく溶銑温度の将来の変化量を精度よく予測できることが確認された。   Next, the prediction accuracy of the amount of change in hot metal temperature before and after parameter optimization will be described. 11A and 11B show the results of correlation between the predicted value of the hot metal temperature change after 8 hours and the actual value. As shown in FIGS. 11A and 11B, the correlation between the measured value and the calculated value of the hot metal temperature change amount before and after parameter optimization is improved, and the prediction accuracy of the hot metal temperature change amount is improved. It was confirmed. Therefore, according to the present invention, it was confirmed that the future change amount of the hot metal temperature can be accurately predicted without using the latest reaction result in the furnace even under unprecedented operating conditions.

次に、ステップ応答の計算について述べる。図12(a),(b)に破線で示す通り、送風湿分等の操作変数を単位量だけ操作したと仮定し、自由応答HMTfree(t)の計算時と同様に将来の溶銑温度推移を計算する。ここでは送風湿分を10g/Nm変化させた場合を示した。図12(a),(b)において、実線は操作変数を操作していない場合における操作変数の推移を示し、破線は操作変数を操作した場合における操作変数の推移を示す。送風湿分以外の操作変数は図10(a)〜(d)に示したものと同一である。さらに、図12(c)に示すように、自由応答との差分を取ることにより送風湿分の単位操作量当りの溶銑温度に対する影響度を分離する。なお、その他の操作変数についても同様の手順により操作変数の影響度を分離可能である。 Next, calculation of step response will be described. As shown by broken lines in FIGS. 12 (a) and 12 (b), it is assumed that the operating variable such as blast moisture has been manipulated by a unit amount, and in the same way as when calculating the free response HMT free (t), the future hot metal temperature transition Calculate Here, the case where the ventilation moisture was changed by 10 g / Nm 3 was shown. 12A and 12B, the solid line indicates the transition of the operation variable when the operation variable is not operated, and the broken line indicates the transition of the operation variable when the operation variable is operated. The operating variables other than the blast moisture are the same as those shown in FIGS. Further, as shown in FIG. 12C, the degree of influence on the hot metal temperature per unit operation amount of the blast moisture is separated by taking the difference from the free response. For other operation variables, the influence degree of the operation variable can be separated by the same procedure.

一般的に高炉プロセスでは、送風温度、送風湿分、微粉炭吹込み量、及び炉頂におけるコークス比のうちの少なくとも1つを操作することにより、溶銑温度は一定に制御されている。以下では送風湿分を操作変数として選択したが、同様のロジックを他の操作変数についても構築可能である。   In general, in the blast furnace process, the hot metal temperature is controlled to be constant by operating at least one of the blowing temperature, blowing moisture, pulverized coal injection amount, and coke ratio at the top of the furnace. In the following, blast moisture is selected as an operation variable, but the same logic can be constructed for other operation variables.

次に、最適操作量の決定方法について述べる。一般的なモデル予測制御には、予測区間(どこまで先までの区間を評価関数とするか)及び制御区間(何手先までの操作量を最適化するか)という2つの調整パラメータが存在する。本実施例では、予測区間は10時間、制御区間は1ステップとした。但し、これらは調整可能な値であり、本実施例の値に限定されるものではない。   Next, a method for determining the optimum operation amount will be described. In general model predictive control, there are two adjustment parameters: a prediction section (how far the section is used as an evaluation function) and a control section (how far the operation amount is optimized). In this embodiment, the prediction interval is 10 hours and the control interval is 1 step. However, these are adjustable values, and are not limited to the values of the present embodiment.

10時間先までの溶銑温度目標値HMTrefからの偏差の積分値と操作量から成る以下の数式(1),(2)に示す評価関数Jを最小化するための送風湿分操作量ΔBMを求める。ここで、数式(1),(2)において、HMTpreとは送風湿分変更時の溶銑温度の予測値であり、自由応答HMTfree(t)に送風湿分の効果を重ね合わせたものである。また、a,bは重み係数である。また、StpBM(t)は送風湿分のステップ応答である。以上の問題を2次計画問題に帰着して解く。なお、数式(1),(2)は送風湿分の適正操作量を求めるためのものであるが、同様にして微粉炭吹込み量、炉頂におけるコークス比、及び送風温度の適正操作量も求めることができる。 The blast moisture manipulated variable ΔBM for minimizing the evaluation function J shown in the following formulas (1) and (2) consisting of the integral value of the deviation from the hot metal temperature target value HMT ref and the manipulated variable up to 10 hours ahead is Ask. Here, in the formulas (1) and (2), HMT pre is a predicted value of the hot metal temperature when the blast moisture is changed, and is obtained by superimposing the effect of the blast moisture on the free response HMT free (t). is there. Further, a and b are weighting factors. Stp BM (t) is a step response of the blast moisture. The above problem is reduced to a secondary planning problem. Equations (1) and (2) are for determining the proper operation amount of the blast moisture. Similarly, the proper operation amount of the pulverized coal injection amount, the coke ratio at the top of the furnace, and the blast temperature is also shown. Can be sought.

Figure 0006493447
Figure 0006493447
Figure 0006493447
Figure 0006493447

本発明により求めた送風湿分の適正操作量及び送風湿分操作時の溶銑温度の予測推移を図13(a),(b)に示す。図13(a),(b)において、LAは送風湿分の計算値、LBは送風湿分の実測値、LCは送風湿分のガイダンス値、LDは溶銑温度の計算値、LD’は送風湿分無操作時における溶銑温度の計算値、LEは溶銑温度の実測値、LFは送風湿分操作時における溶銑温度の実測値を示す。また、本実施例では、溶銑温度の目標値を1500℃とした。このように炉熱過剰を予測できた時点で先行させて送風湿分を上昇させることにより、炉熱過剰を緩和可能と考えられる。また、無操作時の溶銑予測推移、ガイダンス操作時の溶銑温度予測推移を提示することにより、ガイダンス操作の影響を直観的に把握可能な操業ガイダンスを構築することができる。   FIGS. 13A and 13B show the proper operation amount of the blast moisture determined by the present invention and the predicted transition of the hot metal temperature during the blast moisture operation. 13 (a) and 13 (b), LA is the calculated value of the blast moisture, LB is the actual measurement value of the blast moisture, LC is the guidance value of the blast moisture, LD is the calculated value of the hot metal temperature, and LD 'is the blast. The calculated value of the hot metal temperature when no moisture operation is performed, LE is the actual measurement value of the hot metal temperature, and LF is the actual measurement value of the hot metal temperature when operating the blowing moisture. In this example, the target value of the hot metal temperature was set to 1500 ° C. Thus, it is considered that the excess of the furnace heat can be alleviated by increasing the blown moisture in advance when the excess of the furnace heat can be predicted. Also, by presenting the hot metal prediction transition during no operation and the hot metal temperature prediction transition during guidance operation, it is possible to construct an operation guidance capable of intuitively grasping the influence of the guidance operation.

ガイダンス操作量と実際のオペレータによる操作量との比較を行った結果を図14(a)に示す。オペレータの操作量はガイダンス時点から2時間後までの操作量とした。オペレータによる操作とガイダンスシステムとの操作量の差が3g/Nm以内であるケースをガイダンス順守とし、それ以外のケースをガイダンス非順守と定義した。ガイダンス順守、非順守それぞれの場合ついて、ガイダンスから10時間経過した際の溶銑温度のヒストグラムを図14(b),(c)に示す。ガイダンス順守ケースでは溶銑温度のばらつきが3.7℃低減していることを確認できた。これにより、本発明による炉熱制御方法の有効性が検証された。 FIG. 14A shows a result of comparison between the guidance operation amount and the operation amount by the actual operator. The operation amount of the operator was the operation amount from the guidance time point to 2 hours later. The case where the difference in the operation amount between the operation by the operator and the guidance system was 3 g / Nm 3 or less was defined as guidance compliance, and the other cases were defined as non-guidance. FIGS. 14 (b) and 14 (c) show the hot metal temperature histograms when 10 hours have passed since the guidance for each of the cases of compliance with guidance and non-observance. In the guidance compliance case, it was confirmed that the variation in hot metal temperature was reduced by 3.7 ° C. Thus, the effectiveness of the furnace heat control method according to the present invention was verified.

Claims (9)

非定常状態における高炉内の状態を計算可能な物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する溶銑温度予測方法であって、
還元材比とソルーションロスカーボン量との関係、還元材比とガス利用率との関係、及び還元材比と炉体ヒートロス量との関係のうちの少なくとも1つについて、前記物理モデルによって計算された値同士の感度と実操業データの実績値同士の感度とが合致するように、前記物理モデルにおけるガス還元速度又は炉体ヒートロス量と関係するパラメータを適正化し、パラメータが適正化された物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測するステップを含むことを特徴とする溶銑温度予測方法。
A hot metal temperature prediction method for predicting the hot metal temperature in a blast furnace using a physical model capable of calculating the state in the blast furnace in an unsteady state,
At least one of the relationship between the reducing material ratio and the solution loss carbon amount, the relationship between the reducing material ratio and the gas utilization rate, and the relationship between the reducing material ratio and the furnace heat loss amount was calculated by the physical model. The parameters related to the gas reduction rate or the furnace heat loss amount in the physical model are optimized so that the sensitivity between the values matches the sensitivity between the actual values of the actual operation data. A method for predicting hot metal temperature, comprising the step of using the method to predict hot metal temperature in a blast furnace.
非定常状態における高炉内の状態を計算可能な物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する溶銑温度予測装置であって、
還元材比とソルーションロスカーボン量との関係、還元材比とガス利用率との関係、及び還元材比と炉体ヒートロス量との関係のうちの少なくとも1つについて、前記物理モデルによって計算された値同士の感度と実操業データの実績値同士の感度とが合致するように、前記物理モデルにおけるガス還元速度又は炉体ヒートロス量と関係するパラメータを適正化し、パラメータが適正化された物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する手段を備えることを特徴とする溶銑温度予測装置。
A hot metal temperature prediction device for predicting the hot metal temperature in a blast furnace using a physical model capable of calculating the state in the blast furnace in an unsteady state,
At least one of the relationship between the reducing material ratio and the solution loss carbon amount, the relationship between the reducing material ratio and the gas utilization rate, and the relationship between the reducing material ratio and the furnace heat loss amount was calculated by the physical model. The parameters related to the gas reduction rate or the furnace heat loss amount in the physical model are optimized so that the sensitivity between the values matches the sensitivity between the actual values of the actual operation data. An apparatus for predicting the hot metal temperature, comprising means for predicting the hot metal temperature in the blast furnace.
請求項1に記載の溶銑温度予測方法を用いて予測された溶銑温度に従って高炉の操作変数を制御するステップを含むことを特徴とする高炉の操業方法。   A method for operating a blast furnace, comprising the step of controlling operating variables of the blast furnace according to a hot metal temperature predicted using the hot metal temperature prediction method according to claim 1. 請求項2に記載の溶銑温度予測装置によって計算された前記物理モデルの値同士の関係と実操業データの実績値同士の関係とを提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする操業ガイダンス装置。   A presentation means for supporting the operation of the blast furnace is provided by presenting the relationship between the values of the physical model calculated by the hot metal temperature prediction apparatus according to claim 2 and the relationship between the actual values of actual operation data. Operation guidance device characterized by 請求項2に記載の溶銑温度予測装置によってパラメータが適正化された物理モデルから算出される、炉内に形成される熱保存帯位置及び化学保存帯位置を含む温度分布及び還元率分布を提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする操業ガイダンス装置。   A temperature distribution and a reduction rate distribution including a heat storage zone position and a chemical storage zone position formed in the furnace, which are calculated from a physical model whose parameters are optimized by the hot metal temperature prediction apparatus according to claim 2, are presented. Thus, an operation guidance device comprising a presentation means for supporting operation of the blast furnace. 請求項1に記載の溶銑温度予測方法によって予測された溶銑温度に基づいて溶銑温度を制御する溶銑温度制御方法であって、
前記パラメータが適正化された前記物理モデルを用いて、高炉の操作変数の現在の操作量を保持した場合の将来の溶銑温度を予測する予測ステップと、
前記予測ステップにおいて予測された溶銑温度と目標溶銑温度との差を最小にするように送風湿分、微粉炭吹込み量、炉頂におけるコークス比、及び送風温度のうちの少なくとも1つを含む高炉の操作変数の適正操作量を決定し、決定した適正操作量に従って高炉の操作変数を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする溶銑温度制御方法。
A hot metal temperature control method for controlling the hot metal temperature based on the hot metal temperature predicted by the hot metal temperature prediction method according to claim 1,
Predicting step of predicting the hot metal temperature in the future when the current manipulated variable of the operating variable of the blast furnace is maintained using the physical model in which the parameter is optimized;
A blast furnace including at least one of blast moisture, pulverized coal injection amount, coke ratio at the top of the furnace, and blast temperature so as to minimize the difference between the hot metal temperature predicted in the prediction step and the target hot metal temperature. A control step of determining an appropriate operation amount of the operation variable of the blast furnace, and controlling an operation variable of the blast furnace according to the determined appropriate operation amount
The hot metal temperature control method characterized by including.
請求項2に記載の溶銑温度予測装置によって予測された溶銑温度に基づいて溶銑温度を制御する溶銑温度制御装置であって、
前記パラメータが適正化された前記物理モデルを用いて、高炉の操作変数の現在の操作量を保持した場合の将来の溶銑温度を予測する予測手段と、
前記予測手段によって予測された溶銑温度と目標溶銑温度との差を最小にするように送風湿分、微粉炭吹込み量、炉頂におけるコークス比、及び送風温度のうちの少なくとも1つを含む高炉の操作変数の適正操作量を決定し、決定した適正操作量に従って高炉の操作変数を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする溶銑温度制御装置。
A hot metal temperature control device for controlling the hot metal temperature based on the hot metal temperature predicted by the hot metal temperature prediction device according to claim 2,
Predicting means for predicting the hot metal temperature in the future when the current operating amount of the operating variable of the blast furnace is maintained using the physical model in which the parameters are optimized,
A blast furnace including at least one of blast moisture, pulverized coal injection amount, coke ratio at the furnace top, and blast temperature so as to minimize the difference between the hot metal temperature predicted by the prediction means and the target hot metal temperature. A control means for determining an appropriate operation amount of the operation variable of the blast furnace, and controlling the operation variable of the blast furnace according to the determined appropriate operation amount
A hot metal temperature control device comprising:
請求項7に記載の溶銑温度制御装置が備える予測手段によって予測された将来の溶銑温度の変化量と実操業データにおける溶銑温度の変化量とを提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする操業ガイダンス装置。   The presenting means for supporting the operation of the blast furnace by presenting the amount of change in the hot metal temperature predicted by the prediction means provided in the hot metal temperature control device according to claim 7 and the amount of change in the hot metal temperature in the actual operation data. An operation guidance device comprising: 請求項7に記載の溶銑温度制御装置が備える予測手段によって予測された将来の溶銑温度の推移と前記適正操作量に従って高炉の操作変数を制御した場合に予測される溶銑温度の推移とを提示することにより、高炉の操業を支援する提示手段を備えることを特徴とする操業ガイダンス装置。   The hot metal temperature transition predicted by the predicting means included in the hot metal temperature control device according to claim 7 and the hot metal temperature transition predicted when the operating variable of the blast furnace is controlled according to the proper operation amount are presented. Thus, an operation guidance device comprising a presentation means for supporting operation of the blast furnace.
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